Os computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros.
Os computadores quânticos já são uma realidade, mas eles cometem muitos erros. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas descobertas recentes indicam que uma solução pode estar surgindo.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando 0s se tornam 1s por engano ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica impedem que a informação seja copiada dentro de um computador quântico, então a redundância precisa ser alcançada espalhando informação por grupos de qubits – os blocos fundamentais dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como quando partículas ficam conectadas pelo emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para eliminar erros.
Um avanço recente deu otimismo aos pesquisadores. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros e que, pela primeira vez, teoria e prática estão realmente se encontrando.
Um dos problemas para a correção de erros quânticos é que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande, o que torna todo o computador quântico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng, da International Quantum Academy na China, e sua equipe, mostraram recentemente que isso não precisa ser assim.
Os pesquisadores descobriram que apenas dois qubits supercondutores podem ser combinados com um pequeno ressonador para criar um qubit maior que, além de cometer menos erros, consegue sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros ocultos.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro muito baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Ainda que abordagens como essa peguem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda vão passar. Por isso, Arian Vezvaee, da startup Quantum Elements, e seus colegas, testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos.
A ideia central é não deixar nenhum qubit ocioso por muito tempo, pois isso faz com que ele perca suas propriedades quânticas especiais e fique corrompido. A equipe mostrou que dar a qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos já registrado até hoje.
A fórmula exata de como combinar qubits físicos em lógicos faz diferença para alguns dos cálculos mais precisos, como David Muñoz Ramo, da empresa de computação quântica Quantinuum, e seus colegas, descobriram ao investigar um algoritmo que determina a menor energia possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. Ali, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Inovação em programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton, da startup Moth Quantum. Ele afirma que ainda estamos em uma fase onde pesquisadores estão aprendendo como todas as partes da correção de erros se encaixam. Computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso surgirem.
